เรียนรู้

เปลือกโลกบนเนื้อโลก ก็คล้ายๆ ขอนไม้ลอยบนแป้งเปียกหนืดๆ

จากการศึกษาความเร็วที่เปลี่ยนไปของคลื่นแผ่นดินไหว ซึ่งสื่อถึง คุณลักษณะทางกายภาพภายในโลก นักธรณีวิทยาพบว่าไส้ในของโลกประกอบไปด้วยชั้น 1) ธรณีภาค (lithosphere) 2) ฐานธรณีภาค (asthenosphere) 3) มัชฌิมาภาค (mesosphere) 4) แก่นโลกชั้นนอก (outer core) และ 5) แก่นโลกชั้นใน (inner core)

เพิ่มเติม : เขาใช้อะไรแบ่งโลกเป็นชั้นๆ (เปลือกโลก . เนื้อโลก . แก่นโลก)

(นักธรณีวิทยา) ว่ากันว่า จากการสู้กันของ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามความลึก (geothermal gradient) และ ความดันปิดล้อม (confining pressure) ตลอดความลึกของโลก ทำให้แก่นโลกชั้นในนั้นเป็นของแข็ง (ความดันชนะ) ในขณะที่แก่นโลกชั้นนอกนั้นเป็นของเหลว (อุณหภูมิชนะเลิศ) ส่วนชั้นมัชฌิมาภาคหรือชั้นเนื้อโลกตอนล่าง ก็เป็นของแข็ง (ความดันชนะ) แต่ก็ไม่ใช่ประเด็นในเรื่องนี้ 🙂

อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ทำให้วัสดุขยาย มีความหนาแน่นน้อยลง เบาบางลง และเร็วขึ้น วัสดุเทไปในทางของเหลว ส่วน ความดันที่เพิ่มขึ้น ทำให้วัสดุถูกบีบอัดให้หดเล็กลง ความหนาแน่นมากขึ้น หนักขึ้นและเข้มข้นขึ้น วัสดุเทไปในทางของแข็ง

ประเด็นมันอยู่ที่ว่า ชั้นธรณีภาค หรือกะถัวๆ ก็คือเปลือกโลกนั้น มีสถานะเป็นของแข็ง ที่วางตัวอยู่บน ชั้นฐานธรณีภาคหรือเนื้อโลกตอนบน ซึ่งมีคุณลักษณะหรือสถานะเป็นแบบพลาสติกตึ๋งหนืดๆ โดยมี ความไม่ต่อเนื่องโมโฮโรวิซิค (Mohorovičić Discontinuity) เป็นเขตแดนกั้น ดังนั้นชั้นธรณีภาคที่อยู่บนสุดจึงไม่ได้วางตัวอยู่บนฐานธรณีภาค แบบกระดานไม้ซ้อนทับกัน แต่คล้ายกับขอนไม้ที่ลอยบนแป้งเปียกหนืดๆ

ธรณีภาค (lithosphere) = เปลือกโลก + ชั้นบนสุดของเนื้อโลกตอนบน

ฐานธรณีภาค (asthenosphere) = เนื้อโลกตอนบนส่วนใหญ่ ที่ส่วนขอบบนเสียไปให้ธรณีภาคนิดนึง เพราะเป็นของแข็ง

เพิ่มเติม : ไส้ในโลก : กับการคาดเดาองค์ประกอบของแต่ละชั้น

การลอยตัวของเปลือกโลก

ในทางธรณีแปรสัณฐาน ดุลเสมอภาค (isostasy) หมายถึง สภาพการวางตัวของ แผ่นเปลือกโลก (crust) อยู่บน เนื้อโลก (mantle) ในสภาพสมดุล คล้ายกับท่อนไม้ที่ลอยอยู่ในน้ำหรือแป้งเปียกหนืด หรือการลอยตัวของภูเขาน้ำแข็งในมหาสมุทร โดยนักธรณีวิทยาประเมินว่ามีอย่างน้อย 93% ของแผ่นเปลือกโลกทวีปที่จมอยู่ในเนื้อโลก ใกล้เคียงกับ 92% ของภูเขาน้ำแข็งที่จมอยู่ใต้ทะเล ซึ่งในสภาวะปกติทั้งการลอยของแผ่นเปลือกโลกทวีปและภูเขาน้ำแข็ง ถือ เป็นการลอยตัวที่อยู่ในระดับสมดุล เรียก สมดุลเสมอภาค (isostasic equilibium)

แบบจำลองสมดุลเสมอภาค แสดงแผ่นเปลือกโลกที่มีความหนาแน่นแตกต่างกันและลอยตัวอยู่เหนือเนื้อโลก (William และ Sternberg, 1981)

แผ่นเปลือกโลกทวีป (continental crust) ซึ่งมีองค์ประกอบโดยรวมคล้ายกับหินแกรนิต และ แผ่นเปลือกโลกมหาสมุทร (oceanic crust) ซึ่งมีองค์ประกอบโดยรวมคล้ายกับหินบะซอลต์

ทวีปต่างๆ ของโลก ประกอบด้วยหินที่มีมวล รูปร่างและขนาดแตกต่างกัน ดังนั้นการลอยอยู่บนเนื้อโลกในแต่ละทวีป จะมีส่วนที่จมอยู่ในเนื้อโลกไม่เท่ากัน หรือมีระดับสมดุลไม่เท่ากัน (รูปด้านล่าง)โดยภูเขาสูงจะแสดงถึงแผ่นเปลือกที่หนา เช่น แผ่นเปลือกโลกทวีปปกติหนาโดยเฉลี่ย 35-40 กิโลเมตร แต่บริเวณแนวเทือกเขาสูงจะหนาประมาณ 50-70 กิโลเมตร ซึ่งแผ่นเปลือกโลกที่หนาดังกล่าว จะช่วยทำให้ภูเขาลอยขึ้น เช่น เทือกเขาหิมาลัยในทวีปเอเชีย (รูปล่างเลข 1) มีความหนา 70 กิโลเมตร และเทือกเขาแอนดีส บริเวณริมชายฝั่งทางตะวันตกของทวีปอเมริกาใต้ (รูปล่างเลข 2) แผ่นเปลือกโลกหนา 60 กิโลเมตร ซึ่งทั้ง 2 พื้นที่คือบริเวณที่แผ่นเปลือกโลกมีการชนและมุดตัวซ้อนทับกัน จึงทำให้มีแผ่นเปลือกโลกที่หนากว่าปกติ นั่นหมายความว่าด้านใต้เทือกเขาเหล่านี้ ก็จะมีรากที่ลึกลงไปในเนื้อโลกมากกว่าแผ่นเปลือกโลกปกติทั่วไปเช่นกัน

แผนที่โลกแสดงความหนาของเปลือกโลกในพื้นที่ต่างๆ (ที่มา : www.ucsd.edu)

นอกจากนี้ในกรณีของ รอยเลื่อนซานแอนเดรียส (San Andreas Fault) ทางตะวันตกของประเทศอเมริกา (รูปล่างเลข 3) ซึ่งเป็นขอบแผ่นเปลือกโลกที่เลื่อนผ่านกัน รวมทั้งบริเวณ ทะเลแดง-อ่าวเอเด็น-หุบเหวลึกแอฟริกันตะวันออก (East African Rift) (รูปล่างเลข 4) ซึ่งเป็นขอบของแผ่นเปลือกโลกที่กำลังแตกและเคลื่อนที่แยกออกจากกัน ทั้งสองพื้นที่นี้มีแผ่นเปลือกโลกที่บางกว่าแผ่นเปลือกโลกปกติทั่วไป ซึ่งก็หมายความว่าทั้งบนพื้นผิวที่ต่ำกว่าพื้นที่อื่นๆ และทั้งใต้เปลือกโลกก็จะสูงกว่าพื้นที่อื่นๆ เช่นกัน (บางทั้งขอบบนและขอบล่าง)

การลอยขึ้นคืนตัวของเปลือกโลก

จากการศึกษาพบว่า ในอดีตบริเวณที่มีน้ำแข็งปกคลุมอย่างหนาแน่นอยู่ตลอดเวลา เช่น บริเวณคาบสมุทรสแกนดิเนเวีย และคานาดา ซึ่งมีมวลน้ำแข็งเดิมความหนาหนากว่า 3 กิโลเมตร ปกคลุมอยู่ จะมีการจมตัวลงของแผ่นเปลือกโลกทวีปบริเวณนั้น และใน ช่วงระหว่างยุคน้ำแข็ง (inter glacial) มวลน้ำแข็งมีการละลาย มวลน้ำแข็งที่ปกคลุมอยู่ลดลง น้ำหนักกดทับลดลง แผ่นเปลือกโลกทวีปในบริเวณนั้นจึงลอยตัวสูงขึ้นประมาณ 1 เซนติเมตร/ปี เพื่อปรับตัวเข้าสู่สมดุลใหม่และจะหยุดเมื่อการปรับตัวดังกล่าวเข้าสู่ การคืนตัวดุลเสมอภาค (isostasic rebound) การเกิดปรากฏการณ์นี้ส่งผลให้บริเวณที่เรียกว่า เขตโล่ทวีป (continental shield) ในบางพื้นที่ เช่น พื้นที่แถบสแกนดิเนเวียและคานาดา เกิดการยกตัวสูงขึ้นในช่วง 7-8 พันปีที่ผ่านมา รวมทั้งนักธรณีวิทยายังสังเกตและพบว่า หาดทรายเก่าแถบแคนาดาหรืออาร์กติก อยู่สูงกว่าระดับน้ำทะเลถึง 300 เมตร ซึ่งทั้งหมดนี้เกิดจากการยกตัวบั๊มขึ้นมา หลังจากที่ธารน้ำแข็งละลายออกไป ในช่วงคั่นยุคน้ำแข็ง

(ก) การปรับตัวของแผ่นเปลือกโลกเมื่อธารน้ำแข็งที่กดทับอยู่ด้านบนนั้นหลอมละลาย (ข) การปรับตัวในการลอยตัวของแผ่นเปลือกโลกเมื่อส่วนของภูเขาสูงนั้นเกิดการผุพัง (William และ Sternberg, 1981)

หรือในกรณีของแนวเทือกเขา ในช่วงเริ่มแรกของการเกิดเทือกเขา เปลือกโลกจะหนา ทำให้แผ่นเปลือกโลกจมตัวในเนื้อโลกมาก ในเวลาต่อมาเมื่อพื้นผิวโลกถูกกัดกร่อนออกไป ความหนาลดลง แผ่นเปลือกโลกจะยกตัวสูงขั้นเพื่อปรับสภาพให้เข้าสู่ สมดุลอุทกสถิต อีกครั้ง

. . .
บทความล่าสุด : www.mitrearth.org
เยี่ยมชม facebook : มิตรเอิร์ธ – mitrearth


Share: